Hochschule Kempten      
Fakultät Elektrotechnik      
Schaltungstechnik       Fachgebiet Elektronik, Prof. Vollrath      

Schaltungstechnik

13 Operationsverstärker

Input offset current and noise

Prof. Dr. Jörg Vollrath


12 Operationsverstärker

Elektronik 3 Operationsverstärker


Video der 14. Vorlesung 4.5.2021


Länge: 1:02:43
0:1:45 Operationsverstärker, Analog Devices, Parametric search

0:5:24 Operationsverstärker Digikey

0:8:55 Input bias and offset current

0:10:25 Rechnung

0:14:58 3 Gleichungen

0:24:4 Ergebnis

0:26:4 3.32 Input bias offset current

0:27:35 3.32 Test circuit input bias

0:29:47 LTSPICE simulation

0:33:9 Datenblatt

0:35:39 3.33 Bipolar input

0:37:38 Bias current MOSFET input Diodes

0:38:39 Temperaturabhängigkeit

0:42:41 Hausaufgabe ioffset und Ausgangsspannung

0:45:59 Rauschen

0:47:57 thermisches Rauschen

0:50:19 Widerstandsrauschen

0:52:22 Bandbreite

0:56:47 Effektivwerte = Wurzel aus der Summe der Quadrate

1:0:25 3.38 Noise sources in an inverting amplifier

1:1:54 Widerstandsrauschen

1:2:58 LTSPICE Rauschsimulation

1:6:24 Diodenrauschen

1:9:11 3.39 Opamp noise sources

1:12:15 3.41 Example error budget

1:16:55 LSBrel, ppm, Zusatzübung

Rückblick und Übersicht


Heute


Übersicht




3.31
(1) Vx = - IB+ * R3
(2) (Vo - Vx) = R2 * I
(3) Vx = R1 * (I - IB-)
Eliminate Vx
(1) in (2) und (3)
(21) Vo + IB+ * R3 = R2 * I
(31) -IB+ * R3 = R1 * ( I - IB-)
Eliminate I:
(21) in (31)
(32) -IB+ * R3 + IB- * R1 = R1/R2 * (Vo + IB+ * R3)
(33) Vo + IB+ * R3 = R2/R1 ( IB- * R1 - IB+ * R3)
(34) Vo = IB- * R2 - IB+ * R3 (R2 / R1 + 1)
mit R3 = R1*R2/(R1+R2)
(34) Vo = IB- * R2 - IB+ * R1 * R2 /(R1+R2) * (R2 + R1)/ R1
(4) Vo = R2 (IB- - IB+)
(15 min)

TI Precision Labs, Ian Williams TIPL 1100
R3 can be a noise source.

Generelles Vorgehen:
Einzeichnen der Quellen: Entweder VOS oder IB+ und IB-.
Analyse der Schaltung und Berechnung der Ausgangsspannung.

Test circuit IB+, IB-, TL071 Simulation

Links:
\( I_P = \frac{V_{out}-V_{ref}}{10 M\Omega }\)
Rechts:
\( I_N = \frac{V_{out}-V_{ref}}{10 M\Omega }\)
Simulation:
IB+ = 280 uV/1E7 = 28 pA
IB- = -260 uV/1E7 = -26 pA
Data sheet
Input bias current data sheet: +-1pA .. 120 pA
Input offset current data sheet: +-0.5pA .. 120 pA

LTSPICE direkte Strommessung IB+ und IB- bestätigt die Ströme.

Input current




3.35 Die Stromänderung zwischen -50 und 75° ist beim rechten Opamp kleiner.
3.36 Calibration or differential measurement

3.38 Noise model AD745



Rauschspannungsdichte:
\( e_{noise} = \sqrt{4 k T R} \)
k: Boltzmann Konstante
T: absolute Temperatur
R: Widerstand
Einheit: \( \frac{V}{\sqrt{Hz}} \)
\( U_{rms} = \sqrt{e_{noise}^2 \cdot df} \)

\( df = \frac{\pi}{2} f_{3dB} \)


Elektronik 3 24 Rauschen

Errors



OpAmp OP177 DC Error Budget




Übung Moodle: E401_STE_Uebung_V2_(ohne_Erg).pdf

1 µ = 1 · 10-6 = 1 ppm

\( E_{Vos} = \frac{10 \mu V}{100 mV} = 1 \cdot^10^{-4} = 100 ppm \)

IOS = IB- - IB+

Bits:
ld(130ppm) = log2(130 · 10-6) = log(130 · 10-6)/log(2) = -12.9

Wieviel LSB relative benötigt ein 10 Bit Wandler?
Wieviel LSB relative benötigt ein 15 Bit Wandler?

3.42 OpAmp Circuits



Zusammenfassung und nächste Vorlesung



Nächstes Mal